Tài liệu Ứng dụng của phần mềm PSS/E

Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E PHẦN I NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PSS/E ĐỂ MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HTĐ GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 1 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PSS/E Phần mềm PSS/E (Power System Simulator for Engineering) là phần mềm mô phỏng hệ thống điện của công ty Power Technologies Inc thuộc Siemens. Chương trỡnh giúp chúng ta mô phỏng, phân tích và tối ưu húa cỏc tính năng của hệ thống điện phục vụ cho công tác vận hành cũng như quy hoạch hệ thống điện. Nó sử dụng các phương pháp tính toán hiện đại nhất để: - Tính toán trào lưu công suất; - Tối ưu hóa trào lưu công suất; - Nghiên cứu các loại sự cố đối xứng và không đối xứng: Cho phép tính toán chế độ làm việc của hệ thống ở tình trạng sự cố như ngắn mạch, đứt dây ở bất cứ điểm nào trong hệ thống. Phục vụ cho công việc tính toán chỉnh định rơle và tự động hóa trong hệ thống điện; - Tương đương hóa hệ thống; - Mô phỏng động: Chương trình PSS/E cho phép tính toán mô phỏng các chế độ làm việc của hệ thống khi cú cỏc dao động lớn xảy ra, nhằm khắc phục nguy cơ tan rã hệ thống điện khi mất ổn định. Hiện tại phần mềm đã được phát triển đến phiên bản thứ 33. Để phục vụ mục đích nghiên cứu của sinh viên, chúng ta có thể tải phiên bản PSSđE University miễn phí từ trang web của công ty. Phiên bản này cung cấp đầy đủ các chức năng, tuy nhiên hệ thống điện mô phỏng không được có số nút vượt quá 50 nút. Đề tài này sử dụng chương trình PSSđE University phiên bản 32.0.5. 1.1 Giao diện Trên Hình 1 là giao diện của phần mềm khi khởi động. Giao diện của phần mềm gồm các thành phần sau: - Quản lý dữ liệu kiểu cây (Tree View); - Quản lý dữ liệu kiểu bảng (Spreadsheet View); - Quản lý dữ liệu kiểu sơ đồ (Diagram View); - Cửa sổ hiển thị thông tin ra (Output View): hiển thị các thông tin về quá trình nhập, thay đổi, tính toán dữ liệu và các cảnh báo; - Thanh công cụ (Toolbars); - Menu chính (Main menu); - Thanh trạng thái (Status Bar): cung cấp các thông tin về trạng thái làm việc của chương trình; GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 2 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E - Cửa sổ con để nhập lệnh (Command Line Interface Window). Hình 1: Giao diện của PSS/E 1.2 Cách tạo 1 chế độ làm việc của hệ thống điện (working case) Để tạo một chế độ làm việc, chúng ta chọn File rồi New. Khi đó một cửa sổ con hiện ra như Hình 2. Nếu muốn nhập dữ liệu và quản lý dữ liệu kiểu bảng chúng ta chọn Network case; nếu muốn nhập dữ liệu và quản lý dữ liệu trên cả bảng và sơ đồ 1 sợi chúng ta chọn Network case and Diagram; nếu muốn nhập dữ liệu theo sơ đồ 1 sợi chúng ta chọn Diagram. Sau khi chọn, một cửa sổ mới hiện ra để chúng ta nhập công suất cơ bản (Base MVA), tần số cơ bản (Base Frequency), đơn vị cho công suất máy biến áp (Units for tranformer ratings) và đơn vị cho một số đại lượng của đường dây (Units for ratings of non-transformer branches) .Cỏc dòng Heading line 1 và 2 để nhập những chú thích cho chế độ mà chúng ta tạo. GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 3 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E Hình 2: Các lựa chọn khi tạo 1 chế độ làm việc trong PSS/E 1.3 Dữ liệu vào của các thiết bị cơ bản Các thông số như điện trở, điện kháng, dung dẫn, điện áp, công suất,… của các thiết bị trong hệ thống điện được mô phỏng trên chương trình PSS/E được nhập dưới dạng đơn vị tương đối (pu), cách quy đổi từ đơn vị có tên sang đơn vị tương đối được viết chi tiết trong mục 2.2. Như phần trên ta đã biết có nhiều cách để nhập dữ liệu vào chương trình PSS/E, trong đề tài này ta sử dụng cách nhập trực tiếp dưới dạng bảng. Hình 3 dưới dây là giao diện bảng để nhập dữ liệu trong chương trình PSS/E. Hình 3:Giao diện bảng nhập dữ liệu trong PSS/E. Bảng nhập dữ liệu trong Hình 3 chứa các phần tử và những thông số của mỗi phần tử trong hệ thống điện mà ta cần nhập (cách nhập cụ thể được diễn giải GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 4 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E cụ thể trong phần. Sau đây là các dữ liệu của 1 số phần tử cơ bản trong hệ thống điện mà ta cần khi tính toán trong PSS/E: - Các thông số của nút (Bus): Tên, điện áp, góc pha của từng nút; - Các thông số của máy phát (Machine): Công suất phát hiện tại và giới hạn công suất phát của máy phát (lớn nhất và nhỏ nhất của công suất tác dụng và công suất phản kháng), điện trở và điện kháng của máy phát; - Các thông số của phụ tải (Load): Công suất tác dụng và công suất phản kháng của phụ tải; - Các thông số của đường dây (Branch): Giá trị điện trở, điện kháng, dung dẫn; - Các thông số máy biến áp 2 cuộn dây (2 Winding): Điện trở và điện kháng cuộn dây, hệ số điều chỉnh điện áp và công suất đặt của máy biến áp; - Các thông số máy biến áp ba cuộn dây (3 Winding): Điện trở và điện kháng giữa các cuộn dây, điện áp định mức của mỗi cuộn, hệ số điều chỉnh điện áp mỗi cuộn dây của máy biến áp. GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 5 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG PSS/E MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Mục đích của bài toán tính chế độ xác lập HTĐ Chế độ xác lập là chế độ trong đó các thông số hệ thống không thay đổi hoặc chỉ biến thiên nhỏ quanh các giá trị định mức trong những khoảng thời gian tương đối ngắn. Chế độ làm việc lâu dài của hệ thống điện thuộc về chế độ xác lập, vì vậy việc giải bài toán tính chế độ xác lập hệ thống điện có ý nghĩa rất lớn. Mục đích của bài toán này là xác định dòng điện trờn cỏc nhỏnh và điện áp tại cỏc nỳt ứng với mỗi chế độ phụ tải, từ đó ta có căn cứ để chọn dây dẫn hay các thiết bị như: máy biến áp, máy cắt, dao cách ly, … Ngoài ra, tính toán chế độ xác lập còn cho phép xác định dòng công suất trờn cỏc nhỏnh và công suất phát của các nguồn để kiểm tra tình trạng làm việc của các thiết bị và có biện pháp xử lý thích hợp. Trong chương này chúng ta sẽ xét ứng dụng của phần mềm PSS/E để mô phỏng chế độ xác lập của hệ thống điện. Các bước chính để mô phỏng chế độ xác lập của hệ thống điện là: - Bước 1: Chuyển các thông số của hệ thống điện sang dạng đơn vị tương đối - dạng đơn vị mà PSS/E sử dụng. Cách chuyển các thông số của mỗi phần tử của hệ thống điện sẽ được giới thiệu chi tiết trong mục 2.2; - Bước 2: Nhập dữ liệu của từng phần tử vào trong PSS/E, nội dung của phần này được giới thiệu chi tiết trong mục 0. Mỗi phần tử có rất nhiều thông số tuy nhiên trong phần này chúng ta chỉ tập trung mô phỏng chế độ xác lập nên chúng ta sẽ chỉ xét những dữ liệu cần nhập phục vụ cho tính toán chế độ xác lập; - Bước 3: Cho chạy mô phỏng và xem kết quả: chi tiết của bước này được giới thiệu trong mục 2.4. 2.2 Chuyển các thông số của hệ thống điện sang dạng đơn vị tương đối Phần mềm PSS/E sử dụng đơn vị tương đối để tính toán. Do đó để mô phỏng được chế độ xác lập của 1 lưới điện bằng PSS/E, người sử dụng phải chuyển các thông số của lưới điện từ đơn vị có tên sang dạng tương đối. Trị số trong đơn vị tương đối của một đại lượng vật lý nào đó là tỷ số giữa nó với một đại lượng vật lý khác cùng thứ nguyên được chọn làm đơn vị đo lường. Đại lượng vật lý chọn làm đơn vị đo lường được gọi đại lượng cơ bản. GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 6 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E Muốn biểu diễn các đại lượng trong đơn vị tương đối trước hết cần chọn các đại lượng cơ bản như: S cb, Ucb, Icb, Z cb, tcb, ωcb Một số tính chất của hệ đơn vị tương đối: - Các đại lượng cơ bản dùng làm đơn vị đo lường cho các đại lượng toàn phần cũng đồng thời dùng cho các thành phần của chúng; - Trong đơn vị tương đối điện áp pha và điện áp dây bằng nhau, công suất 3 pha và công suất 1 pha cũng bằng nhau; - Một đại lượng thực có thể có giá trị trong đơn vị tương đối khác nhau tùy thuộc vào lượng cơ bản và ngược lại cùng một giá trị trong đơn vị tương đối có thể tương ứng với nhiều đại lượng thực khác nhau; - Thường tham số của các thiết bị được cho trong đơn vị tương đối với lượng cơ bản là định mức của chúng. Để chuyển tổng trở từ đơn vị có tên sang đơn vị tương đối ta sử dụng công thức sau: Zpu  S Z  Z . cb2 Zcb U cb  pu, Ohm, MVA, kV  ( 2.1) Khi tính toán chúng ta thường lấy Scb = 100 MVA còn U cb bằng điện áp trung bình các cấp (1,05.Uđm). Hệ thống điện mô phỏng gồm nhiều loại phần tử (đường dây, máy biến áp, ...), đối với mỗi loại phần tử chúng ta lại biết trước các thông số khác nhau. Sau đây chúng ta sẽ xột cỏch tính toán các thông số trong đơn vị tương đối từ những thông số cho trước của phần tử. 2.2.1 Đường dây Đối với đường dây chúng ta thường biết chiều dài của đường dây L (km) và các thông số trên 1 đơn vị chiều dài: - Điện trở thứ tự thuận và thứ tự không là r1 và r0 (  /km); - Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự không là x1 và x 0 (  /km); - Dung dẫn thứ tự thuận và thứ tự không là b1 và b 0 (S / km) ; - Điện dẫn thứ tự thuận và thứ tự không là g1 và g0 (1/ Ω.km). Sơ đồ thay thế đầy đủ của đường dây: GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 7 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E R G 2 X B 2 B 2 G 2 Hình 4: Sơ đồ thay thế đường dây Từ các dữ liệu trên ta tính được tổng trở của đường dây trong hệ tương đối với Scb và Ucb như sau: Zpu  Z . Scb S  (r  j.x).L. cb2 2 U cb U cb  pu, Ohm / km, km, MVA, kV  ( 2.2) Dung dẫn và điện dẫn của đường dây trong hệ tương đối: Bpu  U 2 .b .L B  cb 0 Ycb Scb  pu, kV,S / km, km, MVA  ( 2.3) G pu  U 2 .g .L G  cb 0 Ycb Scb  pu, kV,1/ .km, km, MVA  ( 2.4) Ví dụ: Đối với đường dây tải điện cấp 220kV có chiều dài 200km, tổng trở đơn vị là Z1  0,02  j0, 26  / km và dung dẫn đơn vị là b1  4,5 S / km thì tổng trở và dung dẫn đường dây trong hệ đơn vị tương đối khi Scb =100 MVA và Ucb= 230 kV được tính như sau: - Tổng trở thành phần thứ tự thuận và thứ tự không: Z1pu  (r1  j.x1 )L. Scb 100  (0, 02  j0, 26).200.  0, 0075  j0, 0983 pu 2 U cb 2302 Z0pu  (r0  j.x 0 ).L. - Scb 100  (0,18  j0, 73).200.  0, 00034  j0, 276 pu 2 U cb 230 2 Dung dẫn thành phần thứ tự thuận và thứ tự không: B1pu 2 U cb .b1.L 2302.4,5.200.106    0, 4761 pu Scb 100 GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 8 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E B0pu  2 U cb .b0 .L 2302.2, 7.200.106   0, 2856 pu Scb 100 2.2.2 Máy biến áp 2 cuộn dây Các thông số cho trước của máy biến áp thường là: công suất định mức S [MVA], điện áp định mức cuộn cao và cuộn hạ là U C [kV] và U H [kV], tổn thất không tải P0 [kW], tổn thất ngắn mạch PN [kW], dòng điện không tải I 0 [%] và điện áp ngắn mạch U N [%]. Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây dưới dạng có tên bao gồm tổng trở ZB = R B +jX B , điện trở R0 và điện kháng X0 đặc trưng cho tổn hao từ của máy biến áp, ngoài ra cú thờm một máy biến áp lý tưởng với hệ số biến áp k = RB U Cdm U Hdm XB k= R0 U U Cdm Hdm X0 Hình 5: Sơ đồ thay thế đầy đủ của máy biến áp hai cuộn dây Cách chuyển sơ đồ trên về dạng tương đối khi công suất cơ bản là Scb, điện áp cơ bản phía cao áp U cbC và phía hạ áp là U cbH . Chú ý khi chọn các điện cơ bản cần thỏa mãn điều kiện: U cbC U C U U  hay cbC  cbH U cbH U H UC UH Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây và các thông số trong hệ tương đối: GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 9 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E XB RB R0 X0 Hình 6: Sơ đồ thay thế của máy biến áp hai cuộn dây trong hệ tương đối - Điện trở thứ tự thuận (pu): 2 R1pu 2  U  S   U  S  PN PN  .  H  .  cb   .  C  .  cb  1000.Sdm  UcbH   Sdm  1000.Sdm  U cbC   Sdm  ( 2.5) Trong đó: [pu, kW, kV, MVA, MVA, kV, MVA] - Điện kháng thứ tự thuận: 2 X1pu 2  U C   Scb  U %  U H   Scb  U % N  N . .  .   .  100  U cbH   Sdm  100  U cbC   Sdm  ( 2.6) Trong đó: [pu, %, kV, MVA, kV, MVA] - - Điện trở và điện kháng thứ tự không có thể lấy bằng 0,8 lần điện trở và điện kháng thứ tự thuận: R 0pu  0,8.R 1pu ( 2.7) X 0pu  0,8.X1pu ( 2.8) Điện dẫn tác dụng và điện dẫn phản kháng (có thể bỏ qua vì không ảnh hưởng nhiều đến tính toán): G (pu )  B(pu )  GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 2 P0 U cbC . U C2 Scb 2 I%kt .Sdm U cbC . 100.U C2 Scb [pu, MW, kV, kV, MVA] [pu, %, MVA, kV, kV, MVA] 10 ( 2.9) ( 2.10) SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E - Trong trường hợp máy biến áp có điều chỉnh điện áp với khả năng điều chỉnh của mỗi nấc là s ta cần tớnh thờm tỉ số biến áp đặt như sau: k (pu) = (1+a.s). UC U hay k (pu) = (1+a.s). H U cbC U cbH ( 2.11) k(kV)  (1  a.s).UC ( 2.12)  a là nấc biến áp quy đổi = Nấc giữa - nấc đặt  Nấc giữa = (tổng số nấc: 2) +1 Ví Dụ: Xét máy biến áp cú cỏc thông số sau đây: Sdm = 250 [MVA], U C = 230± 8.1,3 % [kV], U H = 115 [kV], PN = [480] kW, U N = 15,4 [%]. Nếu bỏ qua tổn thất từ hóa và đặt nấc phân áp là 3 phía cao áp, ta có các thông số của máy biến áp trong hệ tương đối có Scb= 100 [MVA] và U cbC = 230 [kV], U cbH = 115 [kV]. - Nấc biến áp quy đổi a = Nấc giữa - nấc đặt = 9 - 3 = 6 - Tỷ số biến áp đặt hiện tại của máy biến áp là: k(pu)  (1  a.s). UC 230  (1  6.1,3%).  1, 078 pu U cbC 230 k(kV)  (1  a.s).UC  (1  6.1,3%).230  247,94 kV - Điện trở và điện kháng thứ tự thuận (pu): 2 R1pu  U  S  PN 480  115  100  .  H  .  cb   .  0, 000768 pu  . 1000.Sdm  UcbH   Sdm  1000.250  115  250 X1pu U%  U   S  15, 4  115  100  N .  H  .  cb   .  0, 0616 pu  . 100  U cbH   Sdm  100  115  250 2 2 - 2 Điện trở và điện kháng thứ tự không: R 0pu  0,8.R1pu  0,8.0,000768  0,0006144 pu X0pu  0,8.X1pu  0,8.0,0616  0,04928 pu 2.2.3 Máy biến áp 3 cuộn dây Các thông số của máy biến áp 3 cuộn dây là: - Công suất định mức từng cuộn dây SdmC , SdmT , SdmH [MVA] GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 11 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E - Điện áp định mức của từng cuộn dây: UdmC , U dmT và U dmH - Tổn thất không tải P0 [kW], tổn thất ngắn mạch PN [kW] - Dòng điện không tải I0 %, điện áp ngắn mạch UCNT , UCNH , UTNH % - Công suất ngắn mạch PNCT , PNT H , PNT H  kW  - Phía điều áp và số nấc điều chỉnh Sơ đồ thay thế máy biến áp ba cuộn dây dưới dạng có tên bao gồm các tổng trở cao, trung, hạ lần lượt là ZC = R C +jX C , ZT = R T +jXT , ZH = R H +jX H ; điện trở R0 và điện kháng X0 đặc trưng cho tổn hao từ của máy biến áp, ngoài ra cú thờm hai máy biến áp lý tưởng: - Một máy được nối với phía trung của máy biến áp với hệ số biến áp k= - UC UT Một máy được nối với phía hạ của máy biến áp với hệ số biến áp k = k= C C RC RT XT RH XH UC UT T XC R0 T H UC UH X0 U k= C UH H Hình 7: Sơ đồ thay thế đầy đủ của máy biến áp ba cuộn dây Khi tính toán trong PSS/E, các giá trị R, X, B, G cần chuyển về giá trị tương đối. Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây và các thông số trong hệ tương đối: GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 12 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E RT C C XT T XC RC H R0 RH T XH X0 H Hình 8: Sơ đồ thay thế của máy biến áp ba cuộn dây trong hệ đơn vị tương đối Cỏc công thức tính toán: - Điện trở thứ tự thuận của các cuộn Cao-Trung; Cao-Hạ và Trung-Hạ (pu): 2 R1CT  U  S PNCT  .  C  . cb 1000.SdmC  U cbC  SdmC R1CH  U  S PNCH  .  C  . cb 1000.SdmC  UcbC  SdmC R1T H  U  S PNT  H  .  C  . cb 1000.SdmC  U cbC  SdmC ( 2.13) 2 ( 2.14) 2 ( 2.15) Trong đó: [pu, kW, kV, MVA, MVA, kV, MVA] - - Điện trở thứ tự thuận các cuộn cao, trung, hạ (pu): 1 R1C  .(R1C T  R1C H  R1T H ) 2 ( 2.16) 1 R1H  .(R1C H  R1T  H  R1CT ) 2 ( 2.17) 1 R1T  .(R1C T  R1T H  R1C H ) 2 ( 2.18) Điện kháng thứ tự thuận của các cuộn: Cao-Trung; Cao-Hạ và Trung-Hạ (pu): GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 13 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E 2 X1CT U CT %  U C  Scb  N .  . 100  U cbC  SdmC X1CH U CNH %  U C  Scb  .  . 100  UcbC  SdmC X1T H UT H %  U C  Scb  N .  . 100  UcbC  SdmC ( 2.19) 2 ( 2.20) 2 ( 2.21) Trong đó: [pu, %, kV, MVA, kV, MVA] - - Điện kháng thứ tự thuận các cuộn cao, trung, hạ (pu): 1 X1C  .(X1CT  X1C H  X1T  H ) 2 ( 2.22) 1 X1H  .(X1C  H  X1T H  X1C T ) 2 ( 2.23) 1 X1T  .(X1C T  X1T  H  X1C  H ) 2 ( 2.24) Điện dẫn tác dụng và điện dẫn phản kháng: G (pu )  B(pu )  2 P0 U cbC . [pu, MW, kV, kV, MVA] U C2 Scb 2 I%kt .Sdm U cbC . 100.U C2 Scb ( 2.25) [pu, %, MVA, kV, kV, MVA] ( 2.26) - Điện trở và điện kháng thứ tự không được lấy bằng 0,8lần thành phần thứ tự thuận. - Tương tự MBA 2 cuộn dây, thành phần G và B có thể bỏ qua. Gọi UcbC, UcbT, UcbH lần lượt là điện áp cơ bản phía cao áp, trung áp và hạ áp của MBA  Trong trường hợp MBA có điều áp đặt phía cao áp, ta cú cỏc công thức tính sau: - Nấc biến áp quy đổi a = Nấc giữa  nấc đặt - Tỷ số biến áp đặt hiện tại của máy biến áp là: k (pu )  (1  a.s). UC U cbC ( 2.27) k(kV)  (1  a.s).UC GVHD: TS. Trần Thanh Sơn ( 2.28) 14 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E Với a là nấc biến áp quy đổi, s (%) là khả năng điều chỉnh điện áp của mỗi nấc  Trường hợp máy biến áp có điều áp đặt phía trung và hạ áp, ta vẫn sử dụng các công thức trên nhưng thay UC và UcbC thành UT và UcbT hay UH và UcbH Khi đề bài chỉ cho PNC  T thì ta có thể lấy: PNC  H = PNT  H = PNC T . 2 Ví dụ: Xét máy biến áp cú cỏc thông số sau:  Công suất định mức SC/ ST/ SH = 125/ 95/ 50 [MVA]  Điện áp định mức UC/ UT/ UH = 230/ 121± 8.2,3 %/ 10,5 [kV]  Công suất ngắn mạch PNC T / PNC H / PNT H = 583/ 470/ 329 [kW]  Điện áp ngắn mạch UCNT / UCNH / UTNH  10,1/ 40 / 25,7 % Bỏ qua tổn thất từ hóa, với nấc đặt phía hạ áp là 5, ta có các thông số của máy biến áp là: - Nấc biến áp quy đổi a = 9 – 5= 4. - Tỷ số biến áp đặt hiện tại của máy biến áp là: k (pu)  (1  4.2,3%). 10,5  1, 092 10,5 k(kV)  (1  4.2,3%).10,5  11, 466 - Điện trở thứ tự thuận và không của các cuộn Cao- Trung, Cao- Hạ và Trung- Hạ (pu): 2 R1CT  583  230  100 .  0, 00373 pu  R 0CT  0, 00298 pu  . 1000.125  230  125 R1CH  470  230  100 .  0, 003 pu  R 0CH  0, 0024 pu  . 1000.125  230  125 R1T H  329  230  100 .  0, 00211 pu  R 0T H  0, 00169 pu  . 1000.125  230  125 2 2 - Điện trở thứ tự thuận và không của các cuộn cao, trung, hạ (pu): 1 R1C  .(R1CT  R1CH  R1T H )  0, 00231  R 0C  0, 00185 pu 2 1 R1H  .(R1C H  R1T  H  R1CT )  0, 00069 pu  R 0H  0, 000552 pu 2 GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 15 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E 1 R1T  .(R1C T  R1T H  R1C H )  0, 00142 pu  R 0T  0, 00136 pu 2 - Điện kháng thứ tự thuận và không của các cuộn Cao-Trung, Cao-Hạ và Trung-Hạ (pu): 2 X1CT  10,1  230  100 .  0, 0808 pu  X0CT  0, 0646 pu  . 100  230  125 X1CH  40  230  100 .  0,32 pu  X0CH  0, 256 pu  . 100  230  125 X1T H  25, 7  230  100 .  0, 2056 pu  X0CT  0,1645 pu  . 100  230  125 2 2 - Điện kháng thứ tự thuận và không của các cuộn cao, trung, hạ (pu): X1C = 1  X1C-T + X1C-H + X1T-H  = 0,0976 pu  X 0C = 0,0781pu 2 1 X1H  .(X1C  H  X1T H  X1C T )  0, 2224 pu  X 0H  0,1779 pu 2 1 X1T  .(X1CT  X1T  H  X1C H )   0, 0168 pu  0 2 2.2.4 Máy phát Số liệu cần thiết để mô phỏng máy phát là: - Các thông số định mức Sdm , Pdm , Qdm , U Fdm - Công suất phát cực đại và cực tiểu. - Các điện kháng ở dạng tương đối cơ bản Xd, X d' , X ''d . Với mỗi loại tính toán chế độ, ta chọn 1 điện kháng tương ứng, cụ thể:  Tính toán chế độ duy trì chọn Xd. -  Tính toán chế độ quá độ chọn X d' .  Tính toán ngắn mạch chọn X ''d . Điện kháng máy phát là: 2 U  S X F  X d .  dmF  . cb  U cb  SFdm  pu, pu, kV, MVA, kV, MVA ( 2.29) Ví Dụ: Cho máy phát có: X d' = 0,3; UdmF = 10,5 [kV]; SFdm = 195 [MVA]. Vậy điện kháng tương đối khi tính toán trong chế độ quá độ là: GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 16 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E Giả sử Scb  100  MVA còn U cb là điện áp trung bình các cấp, ta có: 2 U  S  10,5  100 X F  Xd ' .  dmF  . cb  0,3.   0,1538 pu  .  10,5  195  Ucb  SFdm 2 2.2.5 Thiết bị bù (kháng, tụ) Kháng điện được mô phỏng bằng 1 điện kháng, ta cần biết điện cảm L của kháng. Khi đó ở dạng đơn vị có tên, ta có: XK  2..f.L Ohm, Hz, H ( 2.30) Chuyển sang hệ đơn vị tương đối: X K  2..f .L. Scb 2 U cb  pu, Hz, H, MVA, kV  ( 2.31) Tương tự thì tụ điện cũng được mô phỏng bằng 1 điện kháng, khi biết giá trị của tụ ta có điện kháng dạng đơn vị tương đối là: XK  Scb 2 2..f .C.U cb  pu, MVA, Hz, F, kV  ( 2.32) Ví dụ: Tính thông số của cuộn lọc sóng hài đặt ở trạm 220 [kV], biết: L =53. 10 3 [H], tần số f= 50 [Hz], coi Scb = 100 [MVA], Ucb = 230 [kV] ta có: XK  X K () 2..f .L.Scb 2..50.53.103.100    0, 0315 pu 2 X cb U cb 2302 2.2.6 Áp dụng cho 1 lưới điện đơn giản Trong phần này chúng ta sẽ áp dụng các tìm hiểu ở trên để chuyển một lưới điện đơn giản gồm 5 nút từ đơn vị có tên sang đơn vị tương đối. Lưới điện xét gồm đầy đủ các phần tử tiêu biểu của hệ thống như máy phát, máy biến áp 2 cuộn dây, máy biến áp 3 cuộn dây, đường dây và phụ tải như hình vẽ: 3 T H MF 1 C B1 220kV pt 4 2 B2 5 Hình 9: Sơ đồ lưới GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 17 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E Các thông số của các phần tử của lưới như sau: - Máy phát: Có công suất 141 [MVA], Uđm = 10,5 [kV], X ''d = 0,214 pu, Qmax = 100 [MVAr], Qmin = 0 [MVAr], Pmax = 120 [MW], Pmin = 80 [MW], Pgen = 110 [MW]. Máy biến thế đầu cực B1:  Công suất SđmC = 250 [MVA]; -  Điện áp UC/ UT/ UH = 230/ 121/ 10,5 [kV];  Công suất ngắn mạch: PNCT / PNCH / PNTH : 520/ 470/ 460 [kW]; CH TH  Điện áp ngắn mạch: U CT N / U N / U N %: 10,5/ 32,4/ 20,3 %;  Tổn thất không tải P0 = 120 [kW], dòng điện không tải I0 = 0,5 % Máy biến thế B2:  Công suất 100 [MVA], Sđm= 100 [MVA] -  Điện áp UC = 230 [kV], UH = 10,5 [kV]  Công suất ngắn mạch và điện áp ngắn mạch: PN = 360 [kW], UN = 12 %  Tổn thất không tải P0= 115 [kW], dòng điện không tải I0 = 0,7 % Đường dây truyền tải 2-4 có:  Chiều dài 200 km -  Tổng trở đơn vị: Z1  0,02  j0, 26  / km , Z0  0,18  j0,73  / km  Dung dẫn đơn vị: b1  4,5 S / km ; b0  2,7 S / km - Phụ tải: S= 100+ j 50 [MVA] Ta có sơ đồ thay thế của lưới điện như hình vẽ sau. Để chuyển từ đơn vị có tên sang đơn vị tương đối ta chọn công suất cơ bản cho toàn bộ lưới là 100 MVA và điện áp cơ bản ở các cấp bằng điện áp trung bình các cấp. 3 ZTB1 MF ZMF 1 ZHB1 ZCB1 ZL 4 L B1 Ucb=10,5 kV, Scb=100MVA GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 2 ZB2 5 B2 Ucb=230 kV, Scb=100MVA 18 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E Hình 10: Sơ đồ thay thế - Điện kháng máy phát là: 2 U  S  10,5  100 X F  X .  dmF  . cb  0, 214.   0,152 pu  .  10,5  141  U cb  SFdm 2 '' d Tính toán cho máy biến áp B1: UcbC = 230 kV  Điện trở thứ tự thuận dạng đơn vị tương đối của các cuộn: C-T; C-H và T-H: - 2 C_T 1.pu R R C_H 1.pu R T_H 1.pu PNC _ T (kW)  U C   Scb  520  230   100   . .  .   .  1000.SdmC  U cbC   SdmC  1000.250  230   250   0, 000832 pu 2 2 2 2 2 P C _ H (kW)  U C   Scb  470  230   N . .  .   C 1000.Sdm  U cbC   SdmC  1000.250  230   0, 000752 pu  100  .   250  P T _ H (kW)  U C   Scb  460  230   100   N . .  .   .  C 1000.Sdm  U cbC   SdmC  1000.250  230   250   0, 000736 pu  Điện trở thứ tự thuận dạng đơn vị tương đối của các cuộn cao, trung và hạ là: 1 1 .  R1CT  R1CH – R1TH   .  0,000832  0,000752 – 0,000736 2 2  0,000424 pu R1C  pu    1 1 . R1CT  R1TH – R1CH   .  0,000832  0,000736 – 0,000752  2 2  0,000408 pu R1T  pu   1 1 . R1CH  R1TH – R1CT   .  0,000736  0,000752 – 0,000832  2 2  0,000328 pu R1H  pu    Điện kháng thứ tự thuận (pu) của các cuộn cao trung, cao hạ và trung hạ: C_T 1.pu X U CN_ T (%)  U C   .  100  U cbC  2  S  10,5  230  .  cb   .  100  230   SdmC  2  100  .   250   0, 042 pu GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 19 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E C_H 1.pu X U CN_ H (%)  U C   .  100  U cbC  2  S  32, 4  230  .  cb   .   SdmC  100  230  2  100  .   250   0,1296 pu 2 T_H 1.pu X U TN_ H (%)  U C   Scb  20,3  230   100   . .  .   .  100  U cbC   SdmC  100  230   250   0, 0812 pu 2  Điện kháng thứ tự thuận và không (pu) của các cuộn cao, trung và hạ: 1 1 .  X1_ CT  X1_ CH – X1_ TH   .  0,042  0,1296 – 0,0812  2 2  0,0452 pu X1_ C  pu   1 1 X1_ T  pu   .  X1_ CT  X1_ TH – X1_ CH   .  0,042  0,0812 – 0,1296  2 2  – 0,0032 pu 1 1 X1_ H  pu   .  X1_ CH  X1_ TH – X1_ CT   .  0,1296  0,0812  0,042  2 2  0,0844 pu  Điện dẫn và dung dẫn của máy biến áp: - G (pu )  2 P0 U cbC 120.103 2302 .  .  0, 0012 U C2 Scb 2302 100 B(pu )  2 I%kt .Sdm U cb 0,5.100 2302 .  .  0, 005 100.U C2 Scb 100.2302 100 Tính toán cho máy biến áp B2:  Điện trở và điện kháng thứ tự thuận (pu): 2 P (kW)  U H   Scb  360  10,5  100 R1.pu  N . . .  .  1000.Sdm  U cbH   Sdm  1000.100  10,5  100  0, 0036 pu 2 2 U N  U H   Scb  12  10,5  100 X1.pu  . . .  .  100  U cbH   Sdm  100  10,5  100  0,12 (pu) 2  Điện dẫn và dung dẫn của máy biến áp: G (pu )  2 P0 U cbC 115.103 2302 .  .  0, 00115 U C2 Scb 2302 100 GVHD: TS. Trần Thanh Sơn 20 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang